研究範圍與限制

本研究的範圍與限制如下：

一、 本研究只討論概念改變與教學取向間的關聯，其他影響概念改變的因素，

不在本研究的討論範圍。

二、 本研究所探討的內容在國中七年級，自然與生活科技領域中「遺傳」單元 的概念，本研究結果在其他領域不宜做過度的推論。

三、 本研究的研究對象只限於台北市的國中七年級學生，樣本數 145 人，因此 不適合用於做廣大的推論。

第貳章 文獻探討

本章旨在探討與本研究相關的文獻，先整理教育部和各教科書出版商對本研 究單元「遺傳」在國中階段應有的概念的看法，再進一步分析國中學生「遺傳」

單元所擁有的另有概念的成因與內容並提出相關教學建議，接著探討電腦模擬軟 體使用上的優劣，最後分析教學策略的差異所造成的影響。全章共分為四節：第 一節為「國中遺傳概念的探討」；第二節為「遺傳學的另有概念與教學建議」；第 三節為「電腦模擬軟體」；第四節為「教學取向」。

第一節 國中遺傳概念的探討

「遺傳」單元的概念看似獨立，但概念與概念間卻是彼此關聯，猶如概念網 路一般，學生如果無法對各概念之間的關係有清楚正確的認識，則無法有意義地 了解遺傳學知識，所以在此先將國中遺傳教學裡需要包含的遺傳學概念加以明確 界定。

根據康軒版教科書（2009）的課本內容和楊坤原與張賴妙理（2004）所規劃 的概念分類方式，將國中遺傳概念分為下列四個主題：（一）細胞分裂與減數分 裂，（二）染色體、DNA 與基因，（三）孟德爾的遺傳法則，（四）人類的性別遺 傳。但由於康軒版教科書（2009）針對課程計畫的安排，將細胞分裂的教學進度 安排在「生殖」的章節先介紹，雖然「遺傳」的課程中也要運用到細胞分裂的概 念，因為沒有將細胞分裂安排在本研究的教案計畫中，所以在此不討論細胞分裂 的概念。

一、染色體、DNA 與基因

根據教育部編定 97 年課程綱要中將「染色體、DNA 與基因」分類在：課題 三、「演化與延續」，裡面的主題 31、「生命的延續」，其中的次主題 310、「生殖、

遺傳與演化」內，「生物的遺傳」中的教學要項 4c.知道基因可控制性狀的遺傳。

在翰林版教科書（2009）中關於「染色體、DNA 與基因」之間的關係，摘 要敘述如下：「等位基因為染色體上的一段 DNA，可以控制性狀的表現，每條染 色體上都有不同數目的等位基因，控制一個性狀的兩個等位基因位在同源染色體 的相對位置上。染色體是由 DNA 與蛋白質所組成的構造」。

在康軒版教科書（2009）中沒有提到等位基因，使用「遺傳因子」來代替「等 位基因」一詞。無論是遺傳因子或等位基因的用詞，皆為往年遺傳教學中沒有使 用到的詞語，今年會著重提到是因為國立編譯館建議：「要從國中建立學生正確 的基因概念，但是孟德爾的古典遺傳學中並未將「基因」做定義，與現代遺傳學 的內容相比較時，學生要能分清楚一個基因控制性狀，是因為基因中包含兩個等 位基因（遺傳因子）。」

比對 2009 年康軒版、翰林板、南一版教科書的教學目標，將屬於「染色體、

DNA 與基因」的教學目標延伸為下列三個部份：

（一） 知道基因控制性狀。

（二） 了解基因、DNA、染色體三者間的相互關係。

（三） 知道基因型和表現型的定義和相互關係。

二、孟德爾的遺傳法則

根據教育部編定 97 年課程綱要中將「孟德爾的遺傳法則」分類在：課題三

「演化與延續」，裡面的主題 31、「生命的延續」，其中的次主題 310、「生殖、遺 傳與演化」內，「生物的遺傳」中的兩個教學要項 4c.知道基因可控制性狀的遺傳 和 4d.瞭解基因會突變，及人類性別的遺傳方式。

孟德爾遺傳法則是屬於古典遺傳理論，國中課本在孟德爾遺傳法則的相關內 容撰寫上，先介紹孟德爾種植豌豆、歸納數據、邏輯思考後發現遺傳法則的過程，

經由科學史的教學後將孟德爾的遺傳法則引入，將遺傳的概念帶入學習中，由於 課文敘述繁複，在此不引用課本的敘述方式，直接將遺傳法則加以整理描述。遺 傳法則的三大內容為：

（一）顯隱性法則：決定豌豆性狀的基因有顯性和隱性的區別。孟德 爾在完成豌豆的遺傳實驗後，認為控制生物遺傳性狀的基因有 顯性與隱性之別。當顯性與隱性基因同時存在的情況下，只有 顯性基因控制的性狀才會表現出來。

（二）分離法則：成對的等位基因彼此獨立不混合，並在形成配子時，

控制同一性狀的等位基因彼此分離到不同配子中。

（三）自由組合法則：配子形成過程中，每一對等位基因獨立分配一 個等位基因進入配子細胞中，各對等位基因間互不干擾。

根據 2009 年康軒版、翰林板、南一版教科書的教學目標中，呈現下列重點：

（一）了解孟德爾進行豌豆高莖、矮莖試驗的實驗設計和結果。

（二）了解控制生物遺傳性狀的等位基因有顯性和隱性之分。

（三）知道遺等位基因的組合和性狀表現的相互關係。

（四）知道孟德爾的遺傳法則。

（五）了解並應用棋盤方格法。

孟德爾遺傳法則的學習，涉及減數分裂、基因、染色體、顯（隱）性、單（雙）

套染色體等抽象概念為基礎，學生想要真正了解孟德爾遺傳定律必須將各概念作 有意義的聯結與統整才能達成目標（黃台珠，1993；楊坤原和陳進利，1989；

Cavallo, 1996）。根據遺傳法則衍伸出的棋盤方格法的推算和譜系圖的應用，更 涉及了減數分裂與等位基因隨染色體分離的概念，並結合數學邏輯和機率的計 算，屬於較高難度的概念層次。

三、人類的性別遺傳

根據教育部編定 97 年課程綱要中將「人類的性別遺傳」分類在：課題三「演 化與延續」，裡面的主題 31、「生命的延續」，其中的次主題 310、「生殖、遺傳與 演化」內，「生物的遺傳」中的教學要項 4d.瞭解基因會突變，及人類性別的遺傳 方式。

關於「人類的性別遺傳」的內容在課本闡述如下：人類的體細胞中有 23 對 染色體，其中第 23 對染色體決定個體的性別，稱為性染色體，女性的性染色體 組合為 XX，男性的性染色體組合為 XY，其中 X 染色體的長度較 Y 染色體長（翰 林版教科書，2009）。教科書中並展示出人類 23 對染色體排列的圖片供學生辨識。

人類在形成配子時須經過減數分裂，兩條性染色體彼此會分離到不同配子 中，所以人類卵的性染色體只會出現一種可能性，擁有 X 染色體，人類的精子 則會出現兩種有不同性染色體的精子：具有 X 或者 Y 染色體之一。當 X 精子和 卵結合，就會生下女生；Y 精子和卵結合就會生下男生（翰林版教科書，2009）。

整個性染色體的配對過程可以利用棋盤方格法加以解釋，並引入生男或生女機率 的概念。

在 2009 年康軒版、翰林板、南一版教科書的課程設計中，教學目標統整有 下列幾項：

（一）區別性染色體和體染色體的不同。

（二）了解人類性別的遺傳方式。

（三）應用棋盤方格法來推算子代性別發生的機率。

根據上述三個部份的分析，可以發現在國中的遺傳概念，運用許多遺傳學專 有名詞，在教學中都要加以明確界定，而「遺傳法則」是更進一步的抽象概念運 用，需要建構在學生能了解基因傳遞方式的概念架構中，這些現象都無法使用肉 眼觀察，因此在教學中常有許多困擾，下一節就探討遺傳學的另有概念及教學中 避免產生另有概念的方法。

第二節 遺傳學的另有概念與教學建議

一、遺傳教學的困難

遺傳學是學習其他生物學相關概念的基礎，但遺傳學單元常是學生最感到頭 痛的一個單元，許多研究證據都顯示遺傳學是各級學校的老師覺得難教、學生覺 得難學的單元之ㄧ（黃台珠，1990；楊坤原和鄭湧涇，1997；薛靜瑩，1998；

Brown, 1990 ; Smith, 1991），而且遺傳學習並未使學生達成有效且持久的概念學 習（王貞惠，2002）。

遺傳概念比較抽象，如基因、細胞分裂的概念因為實體無法直接觀察與知 覺，屬於抽象概念。根據皮亞傑的認知發展理論來看，國中階段的學生已經進入

「形式運思期」，不需要具體事物的協助，就可以進行形式思考，但是國中七年 級的學生依個人認知發展程度不同，在教學現場仍然可以察覺有部分學生的認知 程度仍處於「具體運思期」，有運思的能力但是需要具體的實物接觸才能夠發揮 能力，無法處理較為抽象的主題。教學研究中指出遺傳概念中專門的辭彙（基因、

雜交）、符號概念（如顯隱性）和事件概念（如減數分裂），皆屬於抽象的概念，

甚 至 需 要 透 過 數 學 符 號 來 加 以 表 示 與 操 弄 ， 使 遺 傳 學 的 教 學 更 顯 得 困 難

（Lazarowitz & Penso, 1992 ; Merrill, Tennyson & Posey, 1992）。

若由 Chi 和 Slotta（1993）所主張的「概念本體論」來進行遺傳概念的分析，

則基因、染色體等概念位在「物質」分類；細胞分裂、減數分裂和配子結合過程 的概念主體屬於「過程」類中的「程序」分類；而構成細胞分裂的各個步驟（如：

染色體的複製、染色體分離）又屬於「過程」類中的「事件」分類。雖然同屬於 遺傳學的概念，但是概念的屬性不同，概念樹的分枝不同，就會因為概念表徵與 概念本體間的搭配錯誤或不相容而產生另有概念（楊坤原和張賴妙理，2004）。

為了得知學生的心中會產生哪些關於遺傳學的另有概念，以下先探討遺傳學另有 概念的成因，再根據前一小節所分類的三部分遺傳概念：（一）染色體、DNA 與 基因，（二）孟德爾的遺傳法則，（三）性別遺傳，進行另有概念的探討，並對這

些另有概念提出因應的教學對策。

二、遺傳學另有概念的成因

另有概念和專家的科學概念有很大的差異，也常在學生心中佔有很重要的深

另有概念和專家的科學概念有很大的差異，也常在學生心中佔有很重要的深